4種不同外源物對干旱脅迫下歐報春種子萌發的影響

鄭云鳳， 張曉曼， 趙家豪

(河北農業大學，河北保定 071000)

歐報春(Primulavularis)是報春花屬中品種相對最多、花色最為豐富、應用最為廣泛的一種植物，經過園藝學家長期選育，已成為重要的觀賞植物之一[1]。歐報春作為世界早春園林多色草花，其應用價值十分廣泛，市場潛力非常大。歐報春喜溫涼濕潤的環境，高溫、干旱、嚴寒是制約歐報春在北方園林應用的三大因素，研究歐報春在干旱脅迫過程中的生理反應，對歐報春在園林上的應用有著重要的意義。目前，外源物質調節植物抗旱性和相關應用技術的研究相對較多，但有關歐報春受干旱環境脅迫的研究報道相對較少，尤其是關于外源物質緩解歐報春干旱脅迫傷害的研究相對更少。

歐報春一般通過種子繁殖，歐報春種子能否在干旱條件下萌發成苗，是其能否在北方成功引種的前提和關鍵條件。本試驗以歐報春種子為材料，用5%聚乙二醇6000(PEG-6000)溶液模擬干旱脅迫，研究甜菜堿(GB)、赤霉素(GA)、氯化鈣(CaCl2)、脫落酸(ABA)這4種外源物質不同濃度浸種處理對干旱脅迫下歐報春種子萌發的影響，了解歐報春種子萌發的抗旱性特征和4種外源物緩解干旱脅迫的最適宜濃度，為歐報春在實際生產栽培過程中遇到干旱脅迫問題提供解決方法，也為歐報春在北方地區的種植提供理論依據，更為我國野生報春花引種過程中提高其抗旱性提供參考和指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

歐報春種子，由四川德陽東方花卉有限公司提供；聚乙二醇6000、甜菜堿、赤霉素、氯化鈣、脫落酸，市購。

1.2 試驗方法

1.2.1 浸種 本試驗于2016年8月在河北農業大學園林遺傳育種實驗室進行，將顆粒飽滿、大小一致的歐報春種子用70%乙醇消毒，沖洗干凈。將歐報春種子分別置于含有濃度為100、200、300、400、500 mg/L甜菜堿，10、50、100、150、200 mg/L 赤霉素，10、50、100、150、200 mg/L氯化鈣，1、2、4、6、8 mg/L脫落酸4種不同外源物的培養皿中浸泡，以雙蒸水、5% PEG-6000浸泡分別作為對照1(CK1)、對照2(CK2)。將浸種過的種子置于培養箱中培養24 h，溫度 20 ℃，光照12 h/d；用蒸餾水沖洗3次，備用。

1.2.2 干旱脅迫萌發試驗 在培養皿中底部鋪1層紗布、2層濾紙作為種子發芽床，用配好的5% PEG-6000溶液浸透培養皿里的紗布和2層濾紙；將經過浸泡處理的種子均勻擺放在培養皿中，每個培養皿放50粒種子，重復3次；放入溫度(20±1)℃、光照度6 000 lx、光照時間12 h/d的培養箱中培養，早晚各觀察1次，以稱質量法補充培養皿中的蒸餾水來維持溶液滲透勢的穩定。

1.3 測定項目與方法

按照《國際種子檢驗規程》中以胚根突出種皮的長度為種子長度一半的種子視為發芽種子，從種子置于培養箱中第2天開始，到種子發芽后第20天結束，每天同一時間記錄種子的發芽情況，測量萌發種子的胚根、胚軸長度，統計萌發率(G)、發芽指數(Gi)、生長速率(Rv)、活力指數(Iv)、發芽勢(GE)，計算公式分別為：G=n/N×100%；Gi=∑(Gt/Dt)；Rv=L/∑[Ni×(D20-Di+0.5)]；Iv=s×Gi；GE=n13/N×100%。式中：n為萌發種子數，粒；N為供試種子數，粒；Gt為第t天的萌發種子數，粒；Dt為相應的萌發時間，d；L指每皿中全部萌發種子的胚根、胚軸長度的總和，mm；Ni指第i天的萌發種子數，粒；D20指試驗持續的時間，本試驗為20 d；Di指第i天；s為種子胚根長，mm；n13為種子萌發相對比較集中、第13天的正常種子發芽數，粒。

1.4 數據分析

采用Excel軟件對試驗數據進行統計，應用SPSS 17.0軟件進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 GB浸種處理對干旱脅迫下歐報春種子萌發的影響

由表1可知，與雙蒸水處理的正常種子(CK1)相比，5% PEG-6000干旱脅迫處理(CK2)的歐報春種子萌發率有顯著降低(P<0.05)，下降了51.33百分點，表明PEG-6000處理顯著抑制了歐報春種子的正常萌發；GB不同濃度浸種處理都能明顯提高歐報春種子在干旱脅迫下的萌發率，提高了歐報春種子的抗旱能力，其中，GB濃度為400 mg/L時種子萌發率相對最高，較CK2高出31.94百分點，差異顯著(P<0.05)；GB濃度為100～400 mg/L時，隨GB濃度的增大，歐報春種子萌發率呈逐漸上升趨勢，且相互間差異不顯著(P>0.05)。

發芽指數、活力指數比單純的發芽率更能全面反映種子在實際條件下的萌發速度、整齊度及種子萌發數目和幼苗健壯生長的潛勢[2-3]。由表1可見，CK2處理的發芽指數、活力指數分別比CK1下降1.18、160.39，5% PEG-6000處理使歐報春種子的發芽指數、活力指數有顯著降低(P<0.05)；CK2處理的發芽指數、活力指數明顯低于GB不同濃度處理，但相互間差異不顯著(P>0.05)；GB濃度為300 mg/L時，歐報春種子的發芽指數、活力指數均達到最高值，分別高出CK20.46、26.70；GB濃度為100～500 mg/L時，隨GB濃度的增大，歐報春種子發芽指數與活力指數呈先上升后下降趨勢。因此可見，GB對干旱脅迫下歐報春種子的發芽指數和活力指數有促進作用，當GB濃度為300 mg/L時對種子萌發數、速度及整齊度作用相對最大。

種子萌發后，胚根的延伸可以反映植物定居成苗的特性[4]。由表1可見，GB處理對干旱脅迫下歐報春種子生長速率有明顯影響；種子經不同濃度GB處理后，隨GB濃度的增大，歐報春種子生長速率呈先增加后降低趨勢，在GB濃度為 300 mg/L 時達到最大值，為2.71 mm/d，比CK2高出 0.42 mm/d，表明GB能提高干旱脅迫下歐報春種子的生長速率，加快種子胚根的生長。

發芽勢能反映種子的發芽速度、發芽整齊度及種子生活力的強弱程度[5]。由表1可見，不同濃度GB處理對干旱脅迫下歐報春種子發芽勢有明顯影響，均高于CK2，說明GB能提高干旱脅迫下歐報春種子的發芽勢，能有效提高歐報春種子的發芽速度和生活力，提高發芽整齊度；隨GB濃度的增大，歐報春種子發芽勢呈先升后降再升趨勢，濃度為300 mg/L時，歐報春種子的發芽勢達到最大值，為29.33%，比CK2高12.00百分點。

綜上，添加GB濃度為300 mg/L時，發芽指數、生長速率、活力指數及發芽勢都達到最大值，該條件下種子發芽率為52.00%，僅次于濃度為400 mg/L時的最高發芽率53.94%，因此添加濃度為300 mg/L的GB對干旱脅迫下的歐報春種子萌發有較好的緩解作用。

表1GB對干旱脅迫下歐報春種子萌發指標的影響

注：表中數據為“平均值±標準誤”；同列數據后不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下表同。

2.2 GA浸種處理對干旱脅迫下歐報春種子萌發的影響

由表2可知，不同濃度GA處理對干旱脅迫下歐報春種子萌發有明顯影響。隨GA濃度的增大，干旱脅迫下歐報春種子的萌發率、發芽指數、活力指數、發芽勢均呈逐漸降低趨勢；GA濃度為10 mg/L時，干旱脅迫下歐報春種子的萌發率、發芽指數、生長速率、活力指數、發芽勢相對最高，分別為 65.33%、1.97、3.51 mm/d、134.10、51.33%，分別比CK2高43.33百分點、1.30、1.22 mm/d、125.51、34.00百分點，而與CK1相比，其發芽指數和發芽勢分別比CK1高0.12和3.33百分點，相互間差異不顯著(P>0.05)，說明低濃度GA能明顯提高干旱脅迫下歐報春種子的萌發率、發芽勢和生長速率，加快種子胚根的生長，能有效提高歐報春種子的發芽速度和生活力，增強發芽整齊度；當GA濃度達到150 mg/L時，干旱脅迫下歐報春種子的萌發率、發芽指數、生長速率、活力指數、發芽勢分別比CK2低4.67百分點、0.21、0.32 mm/d、4.39、5.33 百分點，且與CK2相比差異不顯著(P>0.05)，表明較高濃度的GA反而會抑制種子的萌發和生長。

2.3 CaCl2浸種處理對干旱脅迫下歐報春種子萌發的影響

由表3可知，不同濃度CaCl2浸種對干旱脅迫下歐報春種子的萌發率、發芽指數、活力指數、生長速率、發芽勢影響不顯著(P>0.05)；隨CaCl2濃度的增大，干旱脅迫下歐報春種子的萌發率、生長速率、活力指數、發芽勢均呈先升后降趨勢，其中CaCl2濃度為50 mg/L時，干旱脅迫下歐報春種子的萌發率、發芽指數、生長速率、活力指數、發芽勢相對最高，分別為42.98%、0.92、2.24 mm/d、18.95、24.35%，除生長速率外其他幾個指標分別比CK2高22.98百分點、0.25、10.36、7.02百分點，生長速率比CK2低0.05 mm/d，但相互間差異不顯著(P>0.05)；CaCl2濃度為200 mg/L時，干旱脅迫下歐報春種子的萌發率、發芽指數、生長速率、活力指數、發芽勢相對最低，分別為31.33%、0.68、2.04 mm/d、13.67、17.69%，但歐報春種子的萌發率、發芽指數、活力指數、發芽勢仍分別比CK2高9.33百分點、0.01、5.08、0.36百分點。可以看出，CaCl2能促進干旱脅迫下歐報春種子的萌發，提高種子的發育速度和生活力，以CaCl2濃度為 50 mg/L 時的效果最為明顯。

2.4 ABA浸種處理對干旱脅迫下歐報春種子萌發的影響

由表4可知，不同濃度ABA浸種對干旱脅迫下歐報春種子萌發的影響有明顯不同；隨ABA濃度的增大，干旱脅迫下歐報春種子的萌發率、發芽指數、活力指數、發芽勢均呈先升后降趨勢，其中ABA濃度為2 mg/L時，干旱脅迫下歐報春種子的萌發率、發芽指數、生長速率、活力指數、發芽勢達到最高值，分別為55.33%、1.64、3.92 mm/d、74.10、42.67%，分別比CK2高33.33百分點、0.96、1.63 mm/d、65.51、25.34百分點，除萌發率與CK2相比差異顯著(P<0.05)外，其他指標與CK2差異不顯著(P>0.05)；當ABA濃度為8 mg/L時，干旱脅迫下歐報春種子的萌發率、發芽指數、生長速率、活力指數、發芽勢相對最低，分別為19.33%、0.64、2.15 mm/d、7.26、16.67%，分別比CK2低2.67百分點、0.04、0.14 mm/d、1.33、0.66百分點，說明高濃度脫落酸會抑制干旱脅迫下歐報春種子的萌發，影響干旱脅迫下歐報春種子的萌發率、發芽指數、活力指數、發芽勢，從而影響歐報春種子萌發的速度及整齊度。

表2GA對干旱脅迫下歐報春種子萌發指標的影響

表3CaCl2對干旱脅迫下歐報春種子萌發指標的影響

表4ABA對干旱脅迫下歐報春種子萌發指標的影響

3 結論與討論

與雙蒸水正常浸種(CK1)相比，5%聚乙二醇6000(PEG-6000)模擬干旱脅迫對歐報春種子的萌發有明顯的抑制作用，干旱脅迫下歐報春種子的萌發率、發芽指數、生長速率、活力指數、發芽勢均有顯著降低(P<0.05)，而甜菜堿、赤霉素、氯化鈣和脫落酸這4種外源物在適宜濃度下浸種能明顯緩解干旱脅迫對歐報春種子萌發的抑制作用，與干旱脅迫(CK2)處理的歐報春種子相比，其萌發率、發芽指數、生長速率、活力指數、發芽勢等各項指標有較為明顯的提高。緩解干旱脅迫抑制作用效果相對較好的有甜菜堿濃度300 mg/L、赤霉素濃度10 mg/L、氯化鈣濃度50 mg/L、脫落酸濃度2 mg/L。

甜菜堿屬季銨型水溶性生物堿，是已研究過的150多種代謝物中最有效的滲透調節劑之一[6]，參與細胞的滲透調節，當植物受干旱脅迫時，它能降低細胞的滲透勢，保護和維持生物大分子的結構和完整性，有效緩解干旱脅迫對植物造成的傷害[7]。張艷等研究發現，甜菜堿濃度為400 mg/L時，能明顯改善干旱脅迫下白三葉種子的各發芽指標[8]；李小白研究表明，甜菜堿濃度為1.5 mmol/L時，能提高干旱脅迫下谷子的發芽勢和發芽率[9]；王娟研究發現，甜菜堿濃度為 20 mmol/L 時，對干旱脅迫下雞冠花種子的萌發有明顯的緩解作用[10]；劉海英研究指出，甜菜堿濃度為1 mmol/L時最能有效緩解干旱脅迫下桔梗種子萌發的抑制作用，且隨甜菜堿濃度的升高，緩解作用減弱，反而會抑制干旱脅迫下種子的萌發率[11]。本研究結果表明，甜菜堿濃度為300 mg/L時，能緩解種子在PEG干旱脅迫下的抑制作用，并隨甜菜堿濃度增大到一定程度，反而會抑制干旱脅迫下種子的萌發。

有研究表明，赤霉素參與植物生長發育的全過程，如種子萌發、莖的伸長、花的誘導和發育、種子和果實的生長等[12-14]。在種子萌發過程中，GA能破除種子的休眠，促進淀粉酶和其他水解酶的合成，并對受損的細胞膜起到一定的修復作用[15]。此外，GA在幼苗抗逆性形成方面也具有重要作用，這可能和GA可誘導與抗逆性形成相關的基因表達和蛋白質合成有關[16-17]。代勛等研究發現，用10 mg/L赤霉素浸種小桐子種子，可以提高干旱脅迫下小桐子種子的發芽率[18]；楊陽等發現，赤霉素濃度為200 mg/L時，對干旱脅迫后的沙冬青種子萌發有促進作用[19]；坎平等研究發現，0.5 mmol/L 赤霉素處理能提高煙草種子的抗旱性[20]；任永霞等發現，50 mg/L赤霉素浸種能促進干旱脅迫下紫花苜蓿種子的萌發[21]。本試驗結論與代勛等的研究結論[18]較為吻合，赤霉素濃度為10 mg/L時，可緩解干旱脅迫對歐報春種子萌發的抑制作用。

鈣不僅是一種大量元素，也是一種第二信使，各種逆境脅迫初期都會誘發細胞質中Ca2+水平的增加，形成具有不同時空特點的Ca2+指紋，這些Ca2+指紋通過鈣調素(CaM)、鈣依賴蛋白激酶(CDPK)、促細胞分裂原活化蛋白激酶(MAPK)等解碼途徑誘發植物耐逆性的形成[15-17]。因此，Ca2+在植物感受、轉導和響應低溫、干旱等逆境脅迫過程中起到重要作用。李小白研究發現，氯化鈣濃度為10 mmol/L(1 110 mg/L)時能提高干旱脅迫下谷子的發芽勢和發芽率[9]；代勛等研究發現，用氯化鈣濃度為10 mmol/L浸種小桐子種子，可以提高干旱脅迫下小桐子種子的發芽率[18]；任永霞等發現，用 5 mmol/L(555 mg/L)氯化鈣浸種能促進干旱脅迫下紫花苜蓿種子的萌發[21]。本試驗研究結果與李小白等的研究結果[9，18，21]差異較大，說明促進干旱脅迫下種子萌發的最佳氯化鈣濃度因植物種類不同而有所差異，但氯化鈣濃度在 1～10 mmol/L 之間是否存在促進種子萌發的最適濃度還有待進一步研究。

目前，大量研究表明，當植物遭到干旱、低溫、鹽害等環境脅迫時，細胞會迅速積累ABA[22]，產生這種現象的原因可能是逆境脅迫增加了葉綠體膜對ABA的通透性，加快了根系合成ABA向葉片運輸及積聚，而ABA能調節氣孔開度，減少蒸騰失水，緩解干旱，能引起某些相關基因的表達，這些使植物對干旱的適應至關重要。同樣，外源ABA使植物對逆境也有緩解作用[23]。彭浩等研究發現，脫落酸濃度為4 mg/L時，具有顯著緩解玉米種子干旱脅迫的效果[24]，而本研究結果與其存在差異，說明脫落酸緩解干旱脅迫下種子萌發的濃度因植物種類不同而可能有差別。

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